武汉理工大学运动控制系统课件第二章 直流电动机调速系统（一）.pptVIP

第2章直流电动机调速系统 $2.1 可控直流电源及其数学模型 $2.2 对转速控制的要求和开环系统的问题 $2.3 转速负反馈单闭环直流调速系统 $2.4 转速、电流双闭环调速系统 $2.5 调速系统动态参数的工程设计方法 §2.1直流电动机的调速性能和方法 2.1.1 直流电动机的调速性能和方法 直流电动机物理模型(图2.1) 直流调速方法 调解电枢供电电压* 改变电动机主磁通 改变电枢回路电阻 2.1.2直流调速系统用的可控直流电源 直流系统用几种可控直流电源 1 介绍 2直流脉宽调制(PWM)电源（放到第2.9节讲） 直流系统用的几种可控直流电源 1 介绍： 旋转变流机组供电的直流调速系统 控制方法：改变If的方向时，U的极性和n的转向都跟着改变 优点:可用发电机供电,可四象限运行. 缺点: 动态差,设备大,效率低,维护困难. 晶闸管—电动机调速系统 原理框图 晶闸管—电动机调速系统（p14) 优点:功率放大倍数大快速性好 缺点:功率因数低,电压脉动大,电流可能断续. 直流斩波器(PWM) 原理 调制方法 系统特点 优点:快速性/低速性能好,功率因数高 缺点:造价高 2 直流脉宽调制(PWM)电源 (1) 简介 器件:自关断/全控器件(GTR,MOSFET,IGBT) 开关频率高（几KHz----几十KHz) 电路: 脉宽调制电路（PWM--pulse width modulated)或直流斩波电路(Chopper) (2) 可逆变换器原理 什么是可逆？什么是PWM？ 直流脉宽调制电路的形式很多，一般分为： 不可逆PWM变换器(略) 可逆PWM变换器 电路结构:“T”型,“H”型电路 H型的控制方法 可逆单极性: 由{VT1,VT2}控制电压大小, 由{VT3,VT4}控制电压方向 2) 可逆双极性: 任意时刻{VT1,VT4}或{VT2,VT3}通 可逆PWM变换器电路 两种直流脉宽调制电路 脉宽调制电路的原理图及输出电压波形 输出电压平均值的计算 负载电压系数：ρ=Ud/Us 控制电压占空比：r=ton/T 单极性：0 ρ1 or ρ0 ; r=| ρ| Ud= ρUs = (+-)r Us 双极性：-1 ρ 1 ; ρ=2r-1 Ud= ρUs= (2r-1) Us 2.2 对转速控制的要求和开环系统的问题 2.2.1对调速系统的要求和调速指标 2.2.2开环调速系统的性能和存在的问题 2.2.1对调速系统的要求和调速指标 对转速控制的要求可归纳为: 1 .调速 2 .稳速 3 .快速性 性能指标: 1 静态指标 2 动态指标 1、稳态指标 1）调速范围(可调速度的范围) （在额定负载下） 2) 静差率(负载变化时转速的稳定程度) （在某一转速下) 2、动态指标(跟随、抗扰) 1）跟随性能指标（单位阶跃响应） 稳定性----超调量 快速性----上升时间tr 过渡过程时间----调节时间tS 表示跟随性能指标的单位阶跃响应曲线 2) 抗扰性能指标 调速系统是2个输入，单输出系统 在突加扰动N(一般为负载转矩)的作用下，输出响应C(t) 最大动态变化量 稳态误差 恢复时间tv 动、静态指标的用处： 系统分析,系统设计,系统评价 一般的, 要求跟随性能: 机械手,数控机床,高炮; 要求抗扰性能: 连轧机,龙门刨床; 同时要求两种性能:可逆轧机,高性能机器人的关节 对同一系统，D与S 相互关联.所以必须同时使用才有意义。但对D,S同时提出要求，开环系统不可能满足.而理想时，要求D→∞,S=0但开环不可能. 即存在问题： 调速范围小；动态不理想； 开环调速系统满足不了许多高精度、高动态的工艺要求 解决办法：采用闭环控制 * * ? 功放倍数 快速性 当前应用 旋转变流机组 小 差 舰船,钻机 静止可控整流器 大 较好 大容量设备 直流斩波器(PWM) 大 好 小中容量,高性能 最高理想转速与最低理想转速的静差率为 显然S1 S2 它表明如果低速时的静差率S2能满足设计要求，则高速时的静差率就自然满足了通常取： 3、D , S与 的关系 对于同一条调速系统，硬度是一定的，S小 ，D 小。 2.2.2开环调速系统的性能和存在的问题 例：某一V-M开环调速系统，电动机额定转速1430r/min,额定转速115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的调速范围为： 如果要求静差率s≤20%时，则调